KR20140011207A - 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극체를 밀봉하도록 형성되는 파우치형 셀의 파우치 테두리의 양면에 밀착되도록 셀 댐퍼를 개재하여, 다수개가 적층되는 파우치형 셀, 셀 커버, 파티션 및 파우치형 셀들이 고정되는 케이스와의 조립 및 치수 공차를 흡수하고 파우치형 셀의 변형 및 충격을 방지할 수 있는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈에 관한 것이다.

Description

셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈 {Secondary battery module with cell damper}
본 발명은 파우치형 셀을 고정하여 조립 및 치수 공차를 흡수하고, 파우치형 셀의 변형 및 충격을 방지할 수 있는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
그리고 리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있으며, 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
이러한, 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 셀"이라고 함)는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 파우치형 셀의 외측에 견고한 셀 케이스를 결합하여 장시간 사용할 수 있도록 구성되거나, 두 개의 파우치형 셀 사이에 완충패드를 개재하고 적층시키고 적층된 파우치형 셀 바깥쪽 양면에 알루미늄 커버 등을 결합하는 형태로 제작하여 다수개를 케이스의 슬롯에 삽입하여 나란하게 배열되도록 한 모듈형태로 구성된다. 또한, 파우치형 셀과 파티션을 적층하여 밀착시키고 견고한 케이스 내에 수용되어 고정되는 모듈형태로 구성될 수도 있다.
그런데 파우치형 셀을 포함한 이차전지모듈은 제작시 파우치형 셀들의 치수 공차와 파우치형 셀과 결합되는 커버, 파티션 또는 케이스 등과의 조립 공차로 인해 간격이 발생할 수 있으며 진동 또는 충격에 의해 전극체를 밀봉한 파우치형 셀의 파우치의 테두리 부분이 눌려 변형되거나 구부러질 수 있다.
이로 인해 파우치형 셀을 포함한 이차전지모듈은 차량에 장착되어 사용될 때 진동과 충격 등으로 인해 파우치형 셀의 파우치 테두리 부분이 변형되어 파우치형 셀의 단락을 유발할 수 있으며, 파우치의 테두리 부분이 셀 커버, 케이스 등에 접촉되어 전극체로 충격이 직접 전달되어 전극체가 파손될 수 있는 문제점이 있다.
이와 관련된 종래 기술로는 미국공개특허(20120015226)인 "Pouch type lithium secondary battery(파우치형 리튬 이차전지)"가 개시되어 있다.
US 20120015226 A1 (2012.01.19.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극체를 밀봉하도록 형성되는 파우치형 셀의 파우치 테두리의 양면에 밀착되도록 셀 댐퍼를 개재하여, 다수개가 적층되는 파우치형 셀, 셀 커버, 파티션 및 파우치형 셀들이 고정되는 케이스와의 조립 및 치수 공차를 흡수하고 파우치형 셀의 변형 및 충격을 방지할 수 있는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈은, 파우치에 의해 전극체가 밀폐되고 상기 파우치의 일측 외부로 전극탭이 인출되도록 형성되는 하나 이상의 파우치형 셀; 상기 파우치형 셀의 양면에 밀착되는 파티션; 및 상기 파우치형 셀의 테두리부 양면과 상기 파티션 사이에 개재되어 밀착되는 탄성 재질의 셀 댐퍼; 를 포함하되, 상기 셀 댐퍼는 파우치형 셀과 결합되는 파티션에 의해 밀착되어, 상기 파우치형 셀의 테두리부 바깥쪽으로 상기 셀 댐퍼의 일부가 돌출되도록 형성된다.
또한, 상기 파우치형 셀은 두 개의 파우치형 셀 사이에 절연 패드가 개재되어 밀착되고, 상기 두 개의 파우치형 셀 외측에는 각각 파티션이 밀착 결합되며, 상기 두 개의 파우치형 셀의 테두리부 사이 및 상기 파우치형 셀의 테두리부와 상기 파티션 사이에 상기 셀 댐퍼가 각각 개재되어 밀착된다.
또한, 상기 셀 댐퍼는 파우치형 셀의 테두리부 전체에 밀착되도록 하나로 연결된 형태로 형성된다.
또한, 상기 셀 댐퍼는 내부에 밀폐된 중공부가 형성된다.
본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈은 파우치형 셀의 파우치 테두리의 양면에 밀착되도록 개재되는 셀 댐퍼가 조립 및 치수 공차를 흡수하여 파우치형 셀을 확실하게 고정할 수 있으며, 파우치 테두리 부분이 변형되지 않도록 하여 파우치형 셀의 단락을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 다수개가 적층되는 파우치형 셀, 셀 커버, 파티션 및 파우치형 셀들이 고정되는 케이스와의 조립 및 치수 공차를 흡수하고 파우치형 셀에 전달되는 진동 및 충격을 방지할 수 있어, 내구성이 향상되고 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 셀 댐퍼의 결합구조를 나타낸 분해사시도.
도 3은 도 2의 조립사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 케이스와의 결합구조를 나타낸 분해 및 조립사시도.
도 6은 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈을 나타낸 AA'방향 단면도.
도 7은 도 6의 부분 확대도.
도 8은 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈을 나타낸 BB'방향 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈을 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈(1000)은, 파우치에 의해 전극체(110)가 밀폐되고 상기 파우치의 일측 외부로 전극탭(120)이 인출되도록 형성되는 하나 이상의 파우치형 셀(100); 상기 파우치형 셀(100)의 양면에 밀착되는 파티션(300); 및 상기 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 양면과 상기 파티션(300) 사이에 개재되어 밀착되는 탄성 재질의 셀 댐퍼(200); 를 포함하되, 상기 셀 댐퍼(200)는 파우치형 셀(100)과 결합되는 파티션(300)에 의해 밀착되어, 상기 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 바깥쪽으로 상기 셀 댐퍼(200)의 일부가 돌출되도록 형성된다.
우선, 도 1과 같이 파우치형 셀(100)은 전극체(110)의 일측에 전극탭(120)이 형성된다. 전극체(110)는 양극, 음극, 전해질 및 양극과 음극을 분리하는 격리판으로 구성되어 전기가 충전 및 방전되는 부분이며, 전극탭(120)은 전극체(110)에서 방전시 발생되거나 외부로부터 충전시 유입되는 전류를 전달하는 부분이다. 이때, 전극체(110)는 파우치로 둘러싸여 밀봉되도록 파우치의 테두리부(130)가 밀폐되며, 전극탭(120)은 파우치의 외부로 인출되도록 형성된다. 여기에서 파우치형 셀(100)의 테두리부(130)는 가열 및 압착되어 파우치의 수지가 융착되므로 납작한 형태로 형성된다. 즉, 파우치형 셀(100)은 전극체(110)가 파우치로 둘러싸이고 파우치의 둘레인 테두리부(130)가 납작한 형태로 형성된다.
그리고 파티션(300)은 파우치형 셀(100)의 양면에 밀착되도록 결합되며, 파티션(300)은 파우치형 셀(100)보다 넓게 형성된다. 이때, 다수개의 파우치형 셀(100)이 나란히 배열되고 그 사이에 파티션(300)이 각각 개재되고 최외측에 파티션(300)이 밀착되어 적층된 형태로 이루어질 수 있다. 여기에서 파티션(300)은 다수개의 파우치형 셀(100)을 적층하여 결합할 수 있도록 하는 역할을 하며, 파우치형 셀(100)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 열전도 플레이트 또는 냉각 유로가 형성된 튜브가 될 수 있다.
이와 같이 적층되는 파우치형 셀(100)들과 파티션(300)들 사이에 셀 댐퍼(200)가 개재되어 밀착된다. 이때, 셀 댐퍼(200)는 탄성 재질로 형성되어 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 양면과 파티션(300)들 사이에 개재되어 밀착된다. 즉, 파우치의 밀폐를 위해 납작하게 형성된 테두리부(130)의 양측이 셀 댐퍼(200)들에 의해 밀착된 상태가 된다. 또한, 셀 댐퍼(200)가 밀착되면서 변형되어 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 바깥쪽으로 셀 댐퍼(200)의 일부가 밀려나와 돌출되도록 형성된다.
그리하여 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈(1000)은 파우치형 셀(100), 셀 댐퍼(200) 및 파티션(300)이 적층되어 결합된 상태로 케이스에 수용된다. 이때, 셀 댐퍼(200)가 케이스의 내부 하면 또는 양측면에 접촉되어 파우치형 셀(100)의 파우치 테두리부(130)가 케이스에 직접 닿지 않을 수 있다. 즉, 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈은 파우치형 셀의 파우치 테두리의 양면에 밀착되도록 개재되는 셀 댐퍼가 조립 및 치수 공차를 흡수하여 파우치형 셀을 확실하게 고정할 수 있으며, 셀 댐퍼에 의해 파우치 테두리부가 변형되지 않도록 하여 파우치형 셀의 단락을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈(1000)은 두 개의 파우치형 셀(100) 사이에 절연 패드(230)가 개재되어 밀착되고, 상기 두 개의 파우치형 셀(100) 외측에는 각각 파티션(300)이 밀착 결합되며, 상기 두 개의 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 사이 및 상기 파우치형 셀(100)의 테두리부(130)와 상기 파티션(300) 사이에 상기 셀 댐퍼(200)가 각각 개재되어 밀착되도록 형성될 수 있다.
이는 도 2 및 도 3과 같이 일정거리 이격되어 나란히 배열되는 다수개의 파티션(300)들 사이에 두 개의 파우치형 셀(100)이 개재되고, 두 개의 파우치형 셀(100) 사이에 절연 패드(230)가 개재되어 밀착 적층되도록 형성되어, 두 개의 파우치형 셀(100) 사이 및 파우치형 셀(100)과 파티션(300) 사이에 셀 댐퍼(200)가 개재되어 밀착되는 것이다. 이때, 셀 댐퍼(200)는 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 양측면에 밀착되도록 결합되어, 밀착되었을 때 테두리부(130)의 바깥쪽으로 셀 댐퍼(200)의 일부가 돌출되도록 형성된다. 이와 같이 파우치형 셀(100), 셀 댐퍼(200), 절연 패드(230) 및 파티션(300)들이 적층되어 전극조립체가 형성된다.
여기에서 절연 패드(230)는 두 개의 파우치형 셀(100)사이의 전기적인 절연과 동시에 탄성체로 형성되어 적층 방향의 치수 공차와 진동 및 충격을 흡수하는 역할을 하며, 파우치형 셀(100)의 전극체(110)가 형성된 부분에만 밀착되도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4 및 5는 본 발명에 따른 케이스와의 결합구조를 나타낸 분해 및 조립사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈(1000)은 적층되어 결합된 전극조립체 상태로 케이스(400) 내부에 수용된다. 이때, 케이스(400)는 전극조립체가 내부에 수용되어 고정될 수 있도록 형성되며, 케이스(400)는 내부가 중공되고 하측과 길이 방향 양측이 개방되는 상부 케이스(410), 상기 상부 케이스(410)의 하측에 결합되며 내부가 중공되고 상측과 길이 방향 양측이 개방되는 하부 케이스(420) 및 상기 상부 케이스(410)와 하부 케이스(420)의 양측에 결합되는 한 쌍의 측면 커버(430)를 포함할 수 있다.
이때, 전극조립체는 상부 케이스(410), 하부 케이스(420) 및 한 쌍의 측면 커버(430)에 의해 둘러싸이되, 파티션(300)의 양단이 측면 커버(430)에 고정되도록 결합될 수 있다. 그리고 하부 케이스(420)의 내측 하면에는 파우치형 셀(100)들 및 파티션(300)들의 하측을 지지하는 하부 지지대(440)가 결합될 수 있다. 하부 지지대(440)는 파우치형 셀(100)들 및 파티션(300)들을 하부 케이스(420)의 바닥면에서 일정높이 이격되도록 하며 측면 커버(430)와 파티션(300)의 높이를 맞추어 용이하게 결합되도록 할 수 있다.
여기에서 도 6과 같이 전극조립체를 구성하는 파우치형 셀(100) 및 파티션(300)이 하부 지지대(440)의 상면에 안치되며, 이때 도 7과 같이 파티션(300)들과 셀 댐퍼(200)들이 하부 지지대(440)에 의해 지지되거나, 셀 댐퍼(200)들만 하부 지지대(440)의 상면에 접촉되도록 지지될 수도 있다.
그리하여 이차전지모듈(1000)이 차량에 장착되어 사용될 때, 셀 댐퍼(200)들에 의해 진동 및 충격을 방지할 수 있으며 파우치형 셀(100) 하측의 테두리부(131)가 변형되거나 구부러지는 것을 방지할 수 있다.
이때, 파티션(300)에는 양측에 지지부(310)가 형성되어 파티션(300)들의 결합 및 케이스(400)와의 결합이 용이하도록 할 수 있다.
또한, 셀 댐퍼(200)는 파우치형 셀(100)의 테두리부(130) 전체에 밀착되도록 하나로 연결된 형태로 형성될 수 있다. 즉, 파우치형 셀(100)의 전극체(110)를 둘러싸도록 하나로 연결된 형태로 파우치의 테두리부(130) 전체에 밀착될 수 있도록 형성된다.
그리하여 파우치형 셀(100)의 양측 테두리가 셀 댐퍼(200)에 의해 케이스(400)의 측면 커버(430)에 직접 닿지 않거나, 도 8과 같이 파티션(300)의 지지부(310)에 직접 닿지 않아 파우치의 테두리부(130)가 구부러지는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 셀 댐퍼(200)가 하나로 연결된 사각 링 형태로 형성되고 파우치형 셀(100)의 전극체(110) 부분을 둘러싸는 형태로 결합되어, 전극체(110) 부분으로 전달되는 길이, 폭 및 높이 방향의 진동과 충격을 흡수하여 전극체(110)와 파우치 테두리부(130)의 파손 및 변형을 방지할 수 있어 이차전지모듈의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 셀 댐퍼(200)는 내부에 밀폐된 중공부(220)가 형성될 수 있다. 이는 셀 댐퍼(200)가 하나로 연결된 링 형태로 형성되는 경우, 내부에 중공부(220)가 형성되어 탄성 튜브(210)의 양단이 연결되어 밀폐된 형태가 된다. 그리고 하나로 연결되지 않은 경우에는 탄성 튜브(210)의 양단이 막힌 형태가 될 수 있다.
즉, 셀 댐퍼(200)는 도 7과 같이 밀폐된 탄성 튜브(210)의 중공부(220)에 공기가 채워져 있어 팽창 및 변형이 용이하며, 셀 댐퍼(200)의 하측이 밀착되어 눌리는 경우 나머지 부분에서 팽창되어 셀 댐퍼(200)의 형상이 보정될 수 있다.
그리하여 셀 댐퍼(200)와 밀착되는 파우치형 셀(100), 파티션(300)들의 치수공차 및 조립공차를 흡수하기가 보다 용이하며, 진동 및 충격을 흡수하는 효과가 향상될 수 있다.
그리고 셀 댐퍼(200)는 단면 형상이 원형, 타원형, 다각형 또는 사각형의 모서리부에 라운드가 형성된 형태 등 다양하게 형성될 수 있으며, 전지의 특성상 고열, 유해가스 및 진동 등이 발생할 수 있으므로 탄성, 진동 흡수, 내화학성, 내열성 등이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈
100 : 파우치형 셀
110 : 전극체 120 : 전극탭
130 : 테두리부
200 : 셀 댐퍼
210 : 탄성 튜브 220 : 중공부
230 : 절연 패드
300 : 파티션 310 : 지지부
400 : 케이스
410 : 상부 케이스 420 : 하부 케이스
430 : 측면 커버 440 : 하부 지지대

Claims (4)

  1. 파우치에 의해 전극체가 밀폐되고 상기 파우치의 일측 외부로 전극탭이 인출되도록 형성되는 하나 이상의 파우치형 셀;
    상기 파우치형 셀의 양면에 밀착되는 파티션; 및
    상기 파우치형 셀의 테두리부 양면과 상기 파티션 사이에 개재되어 밀착되는 탄성 재질의 셀 댐퍼; 를 포함하되,
    상기 셀 댐퍼는 파우치형 셀과 결합되는 파티션에 의해 밀착되어, 상기 파우치형 셀의 테두리부 바깥쪽으로 상기 셀 댐퍼의 일부가 돌출되도록 형성되는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 셀은 두 개의 파우치형 셀 사이에 절연 패드가 개재되어 밀착되고, 상기 두 개의 파우치형 셀 외측에는 각각 파티션이 밀착 결합되며, 상기 두 개의 파우치형 셀의 테두리부 사이 및 상기 파우치형 셀의 테두리부와 상기 파티션 사이에 상기 셀 댐퍼가 각각 개재되어 밀착되는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀 댐퍼는 파우치형 셀의 테두리부 전체에 밀착되도록 하나로 연결된 형태인 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 댐퍼는 내부에 밀폐된 중공부가 형성되는 셀 댐퍼를 포함한 이차전지모듈.
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